Stopy tytanu i aluminium są podobne w następujący sposób: Oba rodzaje metali są używane do produkcji komponentów strukturalnych samolotów, i w obu przypadkach komponent może wymagać wyfrezowania 90 procent materiału, zanim część będzie kompletna.
Dużo sklepów prawdopodobnie chciałoby, aby metale miały więcej wspólnego niż to. Dostawcy przemysłu lotniczego, którzy są wygodne obróbki aluminium są znalezienie się obróbki znacznie więcej tytanu, ponieważ nowsze projekty samolotów zrobić zwiększone wykorzystanie tego ostatniego metalu.
John Palmer, globalny segment aerospace segment manager dla producenta narzędzi tnących Stellram, mówi wiele z tych sklepów faktycznie mają więcej zdolności obróbki tytanu niż zdają sobie sprawę. Wiele cennych technik efektywnej obróbki tytanu nie jest trudnych do zastosowania, ale niewiele sklepów wykorzystuje wszystkie techniki, które są dostępne do produktywnego frezowania tego metalu. Konsultuje się z producentami na temat metod poprawy wydajności frezowania różnych stopów lotniczych, w tym stopów tytanu. Mówi, że tytan nie musi być trudny – po prostu cały proces obróbki musi być przemyślany, ponieważ każdy jeden element może zakłócić ogólną skuteczność procesu.
Stabilność jest kluczem, mówi. Gdy narzędzie dotyka przedmiotu obrabianego, zamyka się koło. Narzędzie, oprawka, wrzeciono, kolumna, prowadnice, stół, mocowanie i przedmiot obrabiany są częścią tego okręgu i częścią potrzebnej stabilności. Inne ważne czynniki to ciśnienie i objętość chłodziwa, jak również metoda dostarczania chłodziwa, a także metodologia i zastosowanie – na tym skupimy się w tym artykule. Aby w pełni wykorzystać potencjał tych procesów, które mają możliwość produktywnej obróbki tytanu, Palmer często dzieli się radami, które zawierają wszystkie poniższe wskazówki:
- Keep Radial Engagement Low
- Zwiększ ilość rowków
- Make a Thick-to-Thin Chip
- Frezowanie łukowe
- Zakończ na fazce
- Polegaj na wtórnym odciążeniu
- Odpowiednia głębokość osiowa
- Limit the Axial Depth Around Slender Features
- Wybierz narzędzie dużo mniejsze niż kieszeń
- Take a Cue from Tool Steel
- ZWIĄZANE TREŚCI
- Gdzie frezowanie na sucho ma sens
- Porady dotyczące gwintowania stopów tytanu
- Nietradycyjne metody wykonywania małych otworów
Keep Radial Engagement Low
Jednym z kluczowych wyzwań związanych z tytanem jest odprowadzanie ciepła. W tym metalu, stosunkowo niewiele ciepła generowanego podczas obróbki jest wyrzucane wraz z wiórem. W porównaniu z obróbką innych metali, większy procent ciepła w procesie obróbki tytanu trafia do narzędzia. Ze względu na ten efekt, wybór zaangażowania promieniowego dyktuje wybór prędkości powierzchni w tym metalu.
Wykres na rysunku 1 pokazuje to. Pełna szczelinowanie – co oznacza 180 stopni zaangażowania – wymaga stosunkowo niskiej prędkości powierzchni. Ale zmniejszenie promieniowego zaangażowania zmniejsza czas generowania ciepła przez krawędź tnącą i pozwala na więcej czasu na ostygnięcie krawędzi tnącej przed wejściem w materiał przy następnym obrocie. Tak więc, gdy promieniowe zaangażowanie jest zmniejszone, prędkość powierzchni może być zwiększona przy zachowaniu temperatury w punkcie cięcia. W przypadku obróbki wykańczającej, proces frezowania składający się z bardzo małego łuku styku z ostrą, wyostrzoną krawędzią skrawającą oraz dużej prędkości powierzchniowej i minimalnego posuwu na ząb może dać wyjątkowe rezultaty.
Zwiększ ilość rowków
Powszechnie stosowane frezy mają cztery lub sześć rowków. W tytanie, to może być zbyt mało. Bardziej efektywną liczbą rowków może być dziesięć lub więcej (patrz Rysunek 2).
Zwiększenie liczby rowków kompensuje potrzebę niskiego posuwu na ząb. Bliski rozstaw rowków narzędzia z 10 rowkami jest zbyt ciasny dla usuwania wiórów w wielu zastosowaniach. Jednakże, produktywne frezowanie tytanu już preferuje małą głębokość promieniową (patrz wskazówka #1). Mały wiór wynikający z tego pozostawia swobodę zastosowania frezów o dużej liczbie fletów w celu zwiększenia produktywności.
Make a Thick-to-Thin Chip
„Climb milling” to znane określenie tego pomysłu. Oznacza to, że nie należy podawać frezu tak, aby krawędź przesuwała się przez materiał w tym samym kierunku, w którym podawane jest narzędzie. Znane jako „frezowanie konwencjonalne”, takie podejście do obróbki powoduje, że wiór zaczyna być cienki i staje się grubszy. Gdy narzędzie uderza w materiał, siły tarcia wytwarzają ciepło, zanim materiał zacznie się odrywać od metalu rodzimego. Cienki wiór nie jest w stanie pochłonąć i wyrzucić wytworzonego ciepła, które zamiast tego trafia do narzędzia skrawającego. Następnie, w punkcie wyjścia, gdzie wiór jest gruby, zwiększone ciśnienie skrawania powoduje zagrożenie przylegania wióra.
Frezowanie wznoszące – lub tworzenie wiórów grubych na cienkie – rozpoczyna się od wejścia krawędzi skrawającej w nadmiar materiału i wyjścia na gotową powierzchnię (patrz rysunek 3). Podczas frezowania bocznego, narzędzie próbuje „wspiąć się” po materiale, tworząc gruby wiór na wejściu dla maksymalnego pochłaniania ciepła i cienki wiór na wyjściu, aby zapobiec przywieraniu wiórów.
Frezowanie powierzchni konturowych wymaga ścisłej kontroli ścieżki narzędzia, aby zapewnić, że narzędzie nadal wchodzi na nadmiar materiału i wychodzi na gotową powierzchnię w ten sposób. Osiągnięcie tego podczas skomplikowanych przejść nie zawsze jest tak proste jak utrzymywanie materiału po prawej stronie.
Frezowanie łukowe
W tytanie i innych metalach, trwałość narzędzia jest tracona w momentach gwałtownej zmiany siły. Najgorszy z tych momentów często występuje, gdy narzędzie wchodzi w materiał. Bezpośrednie zagłębianie się w materiał (jak prawie każda standardowa ścieżka narzędzia) daje efekt podobny do uderzania młotkiem w krawędź skrawającą.
Zamiast tego wsuwaj się miękko. W tym celu należy utworzyć ścieżkę narzędzia, która prowadzi po łuku do materiału, zamiast wchodzić w niego po linii prostej (patrz rysunek 4). Przy frezowaniu grubo – cienkim, łuk wejścia ścieżki narzędzia powinien być zgodny z tym samym kierunkiem (zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara) co obrót narzędzia. Łukowa ścieżka wejścia pozwala na stopniowy wzrost siły skrawania, zapobiegając wyrywaniu lub niestabilności narzędzia. Wytwarzanie ciepła i tworzenie wiórów również zwiększa się stopniowo, aż do pełnego zaangażowania narzędzia w skrawanie.
Zakończ na fazce
Uderzające zmiany siły mogą wystąpić również na wyjściu narzędzia. Tak jak użyteczne jest cięcie od grubości do grubości (wskazówka #3), problem z tą metodą polega na tym, że formowanie od grubości do grubości nagle się kończy, gdy narzędzie osiąga koniec przejścia i zaczyna oczyszczać metal. Gwałtowna zmiana powoduje równie gwałtowną zmianę siły, uderzając w narzędzie i być może uszkadzając powierzchnię części. Aby zapobiec tak gwałtownej zmianie, należy na końcu przejścia wyfrezować fazę pod kątem 45 stopni, co spowoduje stopniowe zmniejszanie się promieniowej głębokości skrawania narzędzia (patrz rys. 5).
Polegaj na wtórnym odciążeniu
Ostra krawędź skrawająca minimalizuje siły skrawania w tytanie, ale krawędź skrawająca musi być również wystarczająco mocna, aby wytrzymać nacisk skrawania. Konstrukcja narzędzia z wtórnym odciążeniem, w której pierwszy pozytywny obszar krawędzi tnącej opiera się siłom, po czym drugi obszar opada, aby zwiększyć prześwit, osiąga oba te cele (patrz Rysunek 6). Wtórny relief jest powszechny w oprzyrządowaniu, ale szczególnie w przypadku tytanu, eksperymentowanie z narzędziami o różnych konstrukcjach wtórnego reliefu może ujawnić zaskakujące zmiany w wydajności skrawania lub trwałości narzędzia.
Odpowiednia głębokość osiowa
Na głębokości skrawania, utlenianie i reakcja chemiczna mogą mieć wpływ na narzędzie. Wczesne uszkodzenie może wystąpić w tym jednym miejscu, jeśli narzędzie jest wielokrotnie używane na tej samej głębokości. Podczas wykonywania kolejnych cięć osiowych, ten uszkodzony obszar narzędzia może spowodować utwardzenie robocze, jak również linie na części, które są niedopuszczalne dla komponentów lotniczych, co oznacza, że ten efekt na powierzchni może wymagać wczesnej wymiany narzędzia. Aby temu zapobiec, należy zabezpieczyć narzędzie poprzez zmianę osiowej głębokości skrawania dla każdego przejścia, rozkładając problematyczny obszar na różne punkty wzdłuż rowka (patrz rysunek 7). W toczeniu, podobny rezultat można osiągnąć przez toczenie stożkowe przy pierwszym przejściu i toczenie równoległe przy kolejnych przejściach, co zapobiega karbowaniu głębokości skrawania.
Limit the Axial Depth Around Slender Features
Przy frezowaniu cienkich ścianek i niepodpartych elementów w tytanie warto pamiętać o stosunku 8:1. Aby uniknąć ugięcia ścianek kieszeni, należy frezować te ścianki w kolejnych etapach osiowych zamiast frezować na całą głębokość ścianki jednym przejściem frezu. W szczególności, osiowa głębokość skrawania przy każdym kroku w dół nie powinna być większa niż 8 razy grubość ściany, która pozostanie po wykonaniu tych przejść frezowania (patrz rysunek 8). Jeśli ściana ma grubość 0,1 cala, na przykład, osiowa głębokość skrawania dla sąsiedniego przejścia frezowania nie powinna być większa niż 0,8 cala.
Pomimo limitu głębokości, możliwe jest obejście tej zasady tak, że produktywne frezowanie jest nadal możliwe. Aby to zrobić, obrabiaj cienkie ścianki tak, że wokół ścianki pozostaje obwiednia zgrubnego materiału, dzięki czemu element jest 3 lub 4 razy grubszy niż element końcowy. Na przykład, jeśli ścianka ma grubość 0,3 cala, to reguła 8:1 pozwala na głębokość osiową 2,4 cala. Po tych przejściach, weź lżejsze głębokości osiowe, aby obrabiać grube ściany w dół do ich ostatecznego wymiaru.
Wybierz narzędzie dużo mniejsze niż kieszeń
Ponieważ w tytanie narzędzie absorbuje ciepło, wymaga ono prześwitu, aby umożliwić chłodzenie. Podczas frezowania małej kieszeni, średnica narzędzia nie powinna być większa niż 70 procent średnicy (lub porównywalnego wymiaru) kieszeni (patrz Rysunek 9). Mniejszy luz grozi izolowaniem narzędzia od chłodziwa, a także zatrzymywaniem wiórów, które w przeciwnym razie mogłyby odprowadzić przynajmniej część ciepła.
Reguła 70 procent może być również stosowana do narzędzia frezującego w poprzek powierzchni. W tym przypadku, szerokość elementu powinna wynosić 70 procent średnicy narzędzia. Narzędzie jest przesunięte o 10 procent, aby zachęcić do tworzenia grubych i cienkich wiórów.
Take a Cue from Tool Steel
High-frezy z wysokim posuwem – koncepcja narzędzia opracowana do obróbki stali narzędziowych w przemyśle matrycowym i formierskim – została w ostatnich latach zaadaptowana do obróbki tytanu. Frez z wysokim posuwem wymaga niewielkiej osiowej głębokości skrawania, ale gdy pracuje na tej niewielkiej głębokości, narzędzie pozwala na posuwy większe niż frezy o bardziej konwencjonalnej konstrukcji.
Powodem jest ścieńczenie wióra. Kluczem do frezów z dużymi posuwami jest płytka z dużym promieniem zaokrąglenia krawędzi skrawającej (patrz rysunek 10). Promień ten rozprowadza wióry na dużą powierzchnię styku na krawędzi. Ze względu na wynikające z tego rozrzedzenie, przy osiowej głębokości skrawania 0,040 cala, grubość wióra może wynosić tylko około 0,008 cala. W przypadku tytanu, tak cienki wiór pozwala przezwyciężyć niski posuw na ząb wymagany zazwyczaj w tym metalu. Cienki wiór otwiera drogę do wyższej zaprogramowanej prędkości posuwu niż byłoby to możliwe w innym przypadku.
ZWIĄZANE TREŚCI
-
Gdzie frezowanie na sucho ma sens
Płynne chłodziwo oferuje korzyści niezwiązane z temperaturą. Wymuszone powietrze jest płynem z wyboru w tym warsztacie… ale nawet wtedy nie można całkowicie wyeliminować konwencjonalnego chłodziwa.
-
Porady dotyczące gwintowania stopów tytanu
Tworzenie gwintowanych otworów w stopach tytanu wymaga zastosowania odpowiednich technik opartych na zrozumieniu zarówno właściwości tych materiałów, jak i specyfiki procesu gwintowania.
-
Nietradycyjne metody wykonywania małych otworów
Rozważ te alternatywy, gdy konwencjonalne wiercenie nie może wykonać zadania.